Uvod - Šta je ASU? Važnost i primjena
Jedinica za odvajanje vazduha (ASU) je industrijsko postrojenje koje odvaja atmosferski vazduh na njegove glavne komponente (prvenstveno azot i kiseonik, a ponekad i retke gasove kao što je argon). Atmosfera sadrži otprilike 78,1% dušika, 20,9% kisika i 0,93% argona, plus količine drugih plinova u tragovima. ASU koriste ove prirodne resurse, odvajajući ih i pročišćavajući ih fizičkim metodama kako bi ispunili zahtjeve za plinom visoke -čistoće u različitim industrijama-kao što su čelik, prerada metala, hemikalije, poluvodiči, medicina, pakovanje hrane, proizvodnja električne energije i tretman okoliša. Uz sve veću potražnju za industrijskim plinovima iz moderne industrije i proizvodnje, ASU visoke{8}}efikasnosti, velikog-kapaciteta i niske-energije{11}}potrošnje su postali važan dio infrastrukture.
Pregled osnovnih komponenti
Tipični ASU uključuje sljedeće ključne komponente:
Air Compressors
Sistem za pročišćavanje zraka
Izmjenjivači topline/kriogeni sistem hlađenja
Destilacione kolone/tornjevi/frikcione kolone
Pomoćni sistemi (npr. sistemi skladištenja/sakupljanja/transporta) – Iako nisu „komponente za odvajanje jezgre“, oni su ključni za konačnu isporuku i skladištenje gasa.
These components work together to create a system from air -> purification -> liquefaction -> separation ->zbirka
Detaljno objašnjenje svake komponente
Kompresori
Funkcija - Upija atmosferski zrak i komprimira ga na viši pritisak radi efikasnijeg naknadnog hlađenja i procesa ukapljivanja.
Tipični radni parametri - Tipično komprimira zrak na otprilike 5 do 10 bara. Ovaj nivo pritiska je koristan za naknadnu razmenu toplote i efikasnost ukapljivanja.
Važnost - Ako je kompresija nedovoljna, gustina vazduha će biti neadekvatna, što će rezultirati nedovoljnim hlađenjem i tečenjem; ako je kompresija prevelika, potrošnja energije opreme i mehaničko opterećenje će se povećati. Stoga su dizajn kompresijskog sistema i broj stepena kompresije (jednostepeni, višestepeni,-) ključni za ukupne performanse ASU-a.
Štaviše, sistem kompresora se često koristi u kombinaciji sa interkulerima i separatorima za uklanjanje uljne magle, kondenzata i tečnih nečistoća koje nastaju tokom kompresije, postavljajući osnovu za naknadno prečišćavanje i hlađenje. (Za složenije industrijske sisteme kompresije generalno se preporučuje dizajn sa više-kompresijom + međuhlađenje + odvajanje ulja/vode.)
Sistem za prečišćavanje vazduha
Svrha - Uklanjanje vlage, ugljičnog dioksida (CO₂) i drugih zagađivača u tragovima (kao što su ugljovodonici, uljna magla, itd.) iz komprimovanog zraka. Ako ove nečistoće ostanu u zraku, one su sklone smrzavanju i skrućivanju tokom naknadnog niskotemperaturnog hlađenja ili ukapljivanja, što dovodi do začepljenja cijevi, oštećenja opreme i smanjene čistoće.
Common Technologies
Metode adsorpcije (npr. molekularna sita, sredstva za sušenje)
Sistemi adsorpcije s promjenama tlaka (PSA) (mogu se koristiti iu nekim ASU)
Tehnologija membranskog odvajanja (u nekim zahtjevima koji nisu-niski-temperaturni, niski-zahtjevi za čistoću)
Važnost - Faza prečišćavanja je ključna za osiguravanje čistoće konačnog plina, stabilnog rada i sigurnosti opreme. Nepotpuno prečišćavanje može dovesti do zamrzavanja opreme, blokade, smanjene proizvodnje ili prekida proizvodnje; ovo je posebno kritično za industrije koje zahtijevaju plinove visoke-čistoće (kao što su medicinski kisik, poluvodički dušik, inertni plinovi, itd.).
Sistem za hlađenje i izmjenjivači topline (izmjenjivači topline / kriogeno hlađenje)
Zadatak - Hlađenje pročišćenog komprimovanog zraka na ekstremno niske kriogene temperature, njegovo ukapljivanje da se pripremi za frakcioniranje/destilaciju. Obično temperatura pada na -150 stepeni ili niže.
Implementacija - Postizanje postepenog smanjenja temperature zraka kroz niz visoko{1}}efikasnih izmjenjivača topline i kriogenih ciklusa hlađenja. Izmjenjivači topline razmjenjuju toplinu sa komprimiranim, pročišćenim zrakom i kriogenim rashladnim sredstvom (i eventualno nekim refluksnim plinom) u sistemu, postižući hlađenje i ukapljivanje.
Komponente sistema - Hladna kutija, kriogeni izmjenjivači topline, sistem kompresije/ekspanzije cirkulacije rashladnog sredstva, i moguće refluks energije-uštede dizajna (rekuperacija topline).
Ključna razmatranja - Efikasnost hlađenja, materijali i dizajn izmjenjivača topline (visoki zahtjevi za provodljivost topline i kriogena tolerancija), te potrošnja energije i stabilnost ciklusa hlađenja. Dizajn visoko-izmjenjivača topline i optimizacija rashladnog ciklusa direktno utiču na potrošnju energije i ekonomičnost ASU-a.
Destilacijske kolone/tornjevi
Princip - Odvajanje se postiže korišćenjem razlika u tačkama ključanja komponenti: Glavne komponente vazduha, kao što su azot (N₂), kiseonik (O₂) i argon (Ar), imaju tačke ključanja od približno:
Azot (N₂): –196 stepeni
Argon (Ar): –186 stepeni (ako se ekstrahuje)
Kiseonik (O₂): –183 stepena
Operacija - Tečni zrak se uvodi u kolonu za destilaciju (ili višestepenu kolonu). Kako tečnost raste i postepeno se zagreva unutar kolone, različite komponente isparavaju/isparavaju na svojim tačkama ključanja. Azot prvo isparava i ima najnižu tačku ključanja (proizvodi azot na vrhu plina), dok je para kisika najteža/najviša tačka ključanja (proizvodi donju tekućinu kisika); ako je prisutan argon, obično se ekstrahuje iz međusekcije (srednja tačka ekstrakcije).
Struktura tornja - Da bi se dobili plinovi visoke{1}}čistoće, tipično se koriste više-serijski sistemi (dva-tornja ili tri-strukture tornja), posebno kada je potrebno istovremeno ekstrahirati dušik, kisik i argon. Dizajn tornja, broj ležišta (ili struktura pakovanja), odnos refluksa i radni pritisak utiču na efikasnost i čistoću odvajanja.
Odvajanje i ekstrakcija proizvoda - Različite komponente (gasovite ili tečne) se sakupljaju na vrhu ili dnu tornja i ispuštaju u naknadne sisteme za skladištenje/ispuštanje.
Pregled toka ASU procesa
Slijedi pojednostavljeni tok procesa za tipični kriogeni ASU:
Unos i kompresija gasa: Atmosferski vazduh se uvlači i stvara pritisak (5-10 bara) pomoću kompresora.
Pročišćavanje: Komprimirani zrak ulazi u sistem za prečišćavanje kako bi se uklonile nečistoće kao što su vlaga, CO₂ i uljna magla. Koriste se tehnike adsorpcije (PSA), membranskog odvajanja ili molekularnog sita.
Hlađenje i ukapljivanje: Pročišćeni vazduh se hladi na ekstremno niske temperature preko rashladne kutije, izmenjivača toplote i ciklusa hlađenja, što dovodi do njegovog ukapljivanja. Frakcionisanje/destilacija: Tečni vazduh ulazi u frakcioni toranj (potencijalno višestepeni toranj), gde se odvajanje postiže korišćenjem razlika u tačkama ključanja, sa komponentama gasa odvojenim sloj po sloj (azot, argon, kiseonik, itd.).
Sakupljanje, skladištenje i transport: Odvojeni gas (ili tečnost) se ekstrahuje i skladišti u rezervoarima za skladištenje (-cilindri visokog pritiska ili rezervoari za kriogene tečnosti), a zatim se transportuje do krajnjeg korisnika putem cjevovoda, kamiona cisterna ili mreža za opskrbu gasom.
Čitav proces je visoko integriran, zahtijevajući koordiniran rad sistema kompresije, prečišćavanja, hlađenja, separacije i skladištenja kako bi se osigurala čistoća plina, stabilno snabdijevanje i visoka efikasnost.
Primjene i značaj u industriji
Glavni gasovi odvojeni ASU (kiseonik, azot, argon, itd.) igraju izuzetno važnu ulogu u industrijskoj i društvenoj proizvodnji:
Gvožđe i čelik, metalurgija, obrada metala-Kiseonik se koristi za sagorevanje, rezanje kiseonikom i zavarivanje; dušik/argon se koristi za zaštitu inertne atmosfere, toplinsku obradu i topljenje.
Hemijska/petrohemijska/hemijska industrija uglja-Azot se koristi za inertnu zaštitu, gas nosač i razrjeđivanje plina; kisik se koristi za oksidacijske reakcije i potporu izgaranju. Proizvodnja poluprovodnika/elektronike - Visoke-azot/argon visoke čistoće se koristi u inertnoj atmosferi kako bi se spriječila oksidacija ili kontaminacija.
Medicinski/farmaceutski - Pružanje-kiseonika/azota/argona visoke čistoće za respiratornu podršku, operacije, farmaceutske proizvode i laboratorijske plinove.
Ambalaža za hranu/prehrambena industrija - Korištenje dušika (inertnog plina) kao plina za pakovanje kako bi se produžio vijek trajanja i spriječila oksidacija.
Energija/Zaštita životne sredine/Obrada životne sredine - Velike količine kiseonika se koriste u procesima obrade otpadnih voda/kanalizacije, spaljivanja i zaštite životne sredine; dušik/argon također postaje sve važniji u novim industrijama kao što su proizvodnja nove energije i baterija.
Nadalje, za korisnike sa velikim-potrebama za plinom visoke-razmjere visoke čistoće (kao što su čeličane, hemijska postrojenja, velika-proizvodnja i fabrike poluprovodnika), Cryogenic ASU pruža isplativa, stabilna i pouzdana rješenja. Kroz -proizvodnju velikih razmjera i sistemsku integraciju, jedinični troškovi plina mogu se značajno smanjiti, postižući ekonomiju obima.
Sažetak i Outlook
Kroz detaljno objašnjenje različitih komponenti ASU (kompresor, sistem za prečišćavanje vazduha, rashladni izmjenjivač topline, frakciona kolona, itd.), možemo vidjeti da ASU nije jedan uređaj, već visoko integrirani sistem. Svaki dio mora raditi precizno i kolaborativno kako bi se postigla visoka-efikasnost, visoka-čistoća i velika-odvajanje zraka i opskrba plinom.
Uz rastuću industrijsku potražnju za plinovima visoke{0}}čistoće i stroge zahtjeve za energetsku efikasnost, zaštitu okoliša i kontrolu troškova, ASU tehnologija kontinuirano napreduje. Savremeni ASU sve više naglašavaju: Poboljšanu efikasnost razmene toplote i smanjenu potrošnju energije za hlađenje; Kontrolni sistemi i automatizacija (praćenje-u realnom vremenu, optimizacija procesa); Modularni dizajn (integracija kliznog-montiranog/hladnog-kutija) + brži ciklusi izgradnje + stabilniji rad; Više plinova, višestruki proizvodni kapaciteti, visoka čistoća + prilagođavanje prema potrebama kupaca - zadovoljavajući različite oblasti kao što su čelik, hemijska, medicinska, poluprovodnička i nova energija.
Za kompanije poput vaše (prvenstveno za proizvodnju), iako direktna proizvodnja u ASU možda nije direktno povezana, razumijevanje načina na koji takvi osnovni industrijski objekti funkcionišu pomaže u razumijevanju uzvodnog lanca opskrbe plinom, strukture troškova sirovina, te potražnje i specifikacija za industrijskim plinovima (kiseonik, dušik) u procesima koji uključuju preradu metala, čelične konstrukcije, zavarivanje i farbanje{0}implični lanac proizvodnje, planiranje lanca nabave, potencijal za kontrolu kvaliteta nabavke koordinacija.
